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第1页第十八章原子结构单元测试【说明】本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。请将第Ⅰ卷的答案填入答题栏内，第Ⅱ卷可在各题的相应位置直接作答。第Ⅰ卷(选择题，共60分)一、选择题(本题包括12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)1．在α粒子穿过金箔发生大角度散射的过程中，下列说法正确的()A．α粒子一直受到金原子核的斥力作用B．α粒子的动能不断减小C．α粒子的电势能不断增大D．α粒子发生散射，是与电子碰撞的结果2．玻尔的原子核模型解释原子的下列问题时，和卢瑟福的核式结构学说观点不同的是()A．电子绕核运动的向心力，就是电子与核间的静电引力B．电子只能在一些不连续的轨道上运动C．电子在不同轨道上运动的能量不同D．电子在不同轨道上运动时，静电引力不同3．关于密立根“油滴实验”的科学意义，下列说法正确的是()A．证明电子是原子的组成部分，是比原子更基本的物质单元B．提出了电荷分布的量子化观念C．证明了电子在原子核外绕核转动D．为电子质量的最终获得做出了突出贡献4．在燃烧的酒精灯芯上放上少许食盐，用摄谱仪得到的光谱应为()A．钠的发射光谱B．钠的吸收光谱C．钠的连续光谱D．钠的线状光谱5．(2008·广东高考)有关氢原子光谱的说法正确的是()A．氢原子的发射光谱是连续谱B．氢原子光谱说明氢原子只发出特定频率的光C．氢原子光谱说明氢原子能级是分立的D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关图16．(2009·广州测试)氢原子的能级图如图1所示，一群氢原子处于n＝3的激发态，这群氢原子辐射出的光子的能量可能是()A．13.6eVB．12.09eVC．10.2eVD．1.89eV7．现有k个氢原子被激发到量子数为3的能级上，若这些受激氢原子最后都回到基态，则在此过程中发出的光子总数是(假定处在量子数为n的激发态的氢原子跃迁到各较低能级的原子数都是处在该激发态能级上的原子总数的1n－1)()第2页A.k2B．kC.3k2D．2k8．在氢原子光谱中，可见光区域中有14条，其中有4条属于巴耳末系，其颜色为一条红色，一条蓝色，两条紫色．它们分别是从n＝3、4、5、6能级向n＝2能级跃迁时产生的，则()A．红色光谱线是氢原子从n＝6能级到n＝2能级跃迁时产生的B．紫色光谱线是氢原子从n＝6或n＝5能级向n＝2能级跃迁时产生的C．若从n＝6能级跃迁到n＝1能级将产生红外线D．若从n＝6能级跃迁到n＝2能级所辐射的光子不能使某金属产生光电效应，则从n＝6能级向n＝3能级跃迁时辐射的光子将可能使该金属产生光电效应图29．一个放电管发光，在其光谱中测得一条谱线的波长为1.22×10－7m，已知氢原子的能级示意图如图2所示，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子电荷量e＝1.60×10－19C，则该谱线所对应的氢原子的能级跃迁是(取三位有效数字)()A．从n＝5的能级跃迁到n＝3的能级B．从n＝4的能级跃迁到n＝2的能级C．从n＝3的能级跃迁到n＝1的能级D．从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级10．(2009·茂名模拟)按照玻尔的理论，氢原子的能级是氢原子处于各个定态时的能量值，它包括氢原子系统的电势能和电子在轨道上运动的动能．当一个氢原子从n＝4的能级向低能级跃迁时，下列说法正确的是()A．氢原子系统的电势能增加，电子的动能增加B．氢原子系统的电势能减小，电子的动能减小C．氢原子可能辐射6种不同波长的光D．氢原子可能辐射3种不同波长的光11．氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级放出光子的频率为ν，则它从基态跃迁到n＝4的能级吸收的光子频率为()A.49νB.34νC.2516νD.274ν图312．μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子，它在原子核物理的研究中有重要作用．如图3所示为μ氢原子的能级图．假定用动能为E的电子束照射容器中大量处于n第3页＝1能级的μ氢原子，μ氢原子吸收能量后，至多发出6种不同频率的光，则关于E的取值正确的是()A．E＝158.1eVB．E＞158.1eVC．2371.5eV＜E＜2428.4eVD．只能等于2371.5eV第Ⅱ卷(非选择题，共40分)二、计算题(本题包括4小题，共40分．解答题应写出必要的文字说明、主要方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须写出数值和单位)图413．(8分)如图4所示是氢原子的能级图．(1)有一群氢原子处于量子数n＝4的激发态，在图上用箭头标出这些氢原子发出的光谱线中属于巴耳末线系的光谱线．(2)计算发出的所有光谱线中波长最长的一条的波长．(已知静电常量k＝9.0×109N·m2/C2，h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C)图514．(9分)如图5所示为氢原子能级示意图，现有动能是E(eV)的某个粒子与处在基态的一个氢原子在同一直线上相向运动，并发生碰撞．已知碰撞前粒子的动量和氢原子的动量大小相等．碰撞后氢原子受激发跃迁到n＝5的能级．(粒子的质量m与氢原子的质量mH之比为k)求：(1)碰前氢原子的动能；(2)若有一群氢原子处在n＝5的能级，会辐射出几种频率的光？其中频率最高的光子能第4页量多大？15．(11分)用α粒子和质子分别做散射实验，它们跟金原子核的最近距离分别为d1和d2.(1)如果α粒子和质子都由静止开始经相同的电压加速后做实验，则d1∶d2为多少？(2)如果α粒子和质子具有相同的动量值，则d1∶d2又为多少？(已知带电粒子在点电荷电场中的电势能表达式为Ep＝kq1q2r)图616．(12分)美国科学家密立根通过油滴实验首次测得电子电量．油滴实验的原理如图6所示，两块水平放置的平行金属板与电源相连，上下板分别带正、负电荷．油滴从喷雾器喷出后，由于摩擦而带电，经上板中央小孔落到两板间的匀强电场中，通过显微镜可以观察到它运动的情况．两金属板间的距离为d，忽略空气对油滴的浮力和阻力．(1)调节两金属板间的电势差U，当U＝U0时，使得某个质量为m1的油滴恰好做匀速运动，求该油滴所带的电荷量．(2)若油滴进入电场时的初速度可以忽略，当两金属板间的电势差U＝U1时，观察到某第5页个质量为m2的油滴进入电场后做匀加速运动，经过时间t运动到下极板，求此油滴所带的电荷量．详解答案1.A2．选B选项A、C、D的内容卢瑟福的核式结构学说也有提及，而玻尔在他的基础上引入了量子学说，假设电子位于不连续的轨道上．3．选BD该实验第一次测定了电子的电荷量．由电子的比荷就可确定电子的质量，D正确．因带电体的电荷量均为某一个电量值(电子电荷量)的整数倍，故提出了电荷分布的量子化概念，B正确．4．选AD该光谱为钠蒸汽的发射光谱，也是钠原子的特征光谱，必然为线状光谱，A、D正确．5．选BC原子的发射光谱是原子跃迁时形成的，由于氢原子的能级是分立的，所以氢原子的发射光谱不是连续谱；原子发出的光子的能量正好等于原子跃迁时的能级差，故氢原子只能发出特定频率的光．综上所述，选项A、D错，B、C对．6．选BCD从n＝3到n＝2，－1.51－(－3.4)＝1.89(eV)，D对．从n＝3到n＝1，－1.51－(－13.6)＝12.09(eV)，B对．从n＝2到n＝1，－3.4－(－13.6)＝10.2(eV)，C对．7．选C处在量子数为3的k个氢原子跃迁到量子数为2和量子数为1的氢原子个数各为k2，而处于量子数为2的k2个氢原子还会向量子数为1的基态跃迁，故发出光子总数为32k.8．选B其能级跃迁图如图所示，由图可以看出n＝6到n＝2的能量最大则应为紫光，A错．n＝5到n＝2是其次最值，故也应为紫光，因此B正确．从n＝6到n＝1的能级差大于n＝6到n＝2能级差，故将产生紫外线，C错．从n＝6到n＝2跃迁辐射的光子不能使该金属发生光电效应，则其他的就更不能使该金属发生光电效应，因此D错．9．选D波长为1.22×10－7m的光子能量E＝hcλ＝6.63×10－34×3×1081.22×10－7J≈1.63×10－18J≈10.2eV，从图中给出的氢原子能级图可以看出，这条谱线是氢原子从n＝2的能级跃迁到n＝1的能级的过程中释放的，故D项正确．10．选D氢原子从能级4向低能级跃迁的过程中，电场力做正功，电势能减小，动能增加，A、B选项错误．由于只有一个氢原子，若从能级4跃迁到能级3再跃迁到能级2再跃迁到基态，此时发出光子最多，会发出3种光子，C选项错误，D选项正确．11．选D氢原子从n＝3的能级跃迁到n＝2的能级，hν＝E3－E2＝E19－E14＝－536E1①则从基态跃迁到n＝4的能级，吸收光子能量hν′＝E4－E1＝E116－E1＝－1516E1②第6页由①②得ν′＝274ν，选项D正确．12．选C因为μ氢原子吸收能量后至多发出6种不同频率的光，所以μ氢原子被激发到n＝4的激发态，因此有2371.5eV＜E＜2428.4eV，即C选项正确．13.解析：(1)从4→2和从3-2跃迁发出的光子属于巴耳末线系，如图所示．(2)原子由n=4的激发态跃迁到n=3的激发态发出光子的波长最长．h=E4-E3λ==m=1.88×10-6m答案：(1)见解析图(2)1.88×10-6m14．解析：(1)设v和vH分别表示粒子和氢原子的速率，由题意可知：mv－mHvH＝0EH＝12mHv2H＝kE(2)辐射出光子的频率种数N＝C2n＝C25＝10频率最高的光子能量ΔE＝E5－E1＝－0.54eV－(－13.6)eV＝13.06eV答案：(1)kE(2)13.06eV15．解析：(1)α粒子或质子在向金原子核靠近时，动能向电势能转化，相距最近时，动能为0，电势能Ep＝kq·q′r则Ekα＝U·qα①EkH＝U·qH②Ekα＝kq·qαd1③EkH＝kq·qHd2④由③④得d1d2＝kq·qαEkαkq·qHEkH＝qαqH·EkHEkα将①②代入上式得：d1d2＝qαqH·UqHUqα＝11(2)当α粒子和质子具有相同的动量值时，设为p则Ekα＝p22mα，EkH＝p22mH又Ekα＝kq·qαd1，EkH＝kq·qHd2得d1d2＝kq·qαp22mα×p22mHkq·qH＝qα·mαqH·mH＝81.答案：(1)1∶1(2)8∶116．解析：(1)当U＝U0时，油滴恰好做匀速直线运动，满足第7页m1g－qU0d＝0，即q＝m1gdU0(2)当U＝U1时，质量为m2的油滴做匀加速运动，满足d＝12at2，m2g－q′U1d＝m2a由此得q′＝m2dU1(g－2dt2)＝m2dU1t2(gt2－2d)．答案：(1)m1gdU0(2)m2dU1t2(gt2－2d)